JPH05183330A - 展開構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量でかつ剛性が高く、スムーズに展開動作
ができ、任意の展開面を形成できる展開構造物を得るこ
と。 【構成】 中央部にヒンジ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有
し展開時に直線状になる複数の折曲げ部材１０ａ，１０
ｂ，１０ｃの両端を、それぞれ一端が一つの頂部材１３
に枢着された複数本のレバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃの
先端部に枢着して、この折曲げ部材によって多角形の閉
構造を形成し、各折曲げ部材のヒンジ部と頂部材間を伸
縮部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃによって連結し、その伸
縮部材の少なくとも一つに伸縮部材を軸方向に伸縮させ
るアクチュエータ１６を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人工衛星に搭載される
アンテナにおけるバックストラクチュア等を構成するた
めの展開構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】宇宙利用の本格化に伴ない、人工衛星に
搭載されるアンテナには増々高い利得が要求されてきて
おり、また通信、放送、エネルギ伝送、地球観測及び天
体観測等に高利得アンテナの需要は広範囲の分野にわた
っている。

【０００３】アンテナの高利得化は構造的には口径の増
大を意味し、このアンテナの大口径化には解決すべき二
つの技術的問題がある。すなわち、その一つは重量であ
り、もう一つは打ち上げロケットのフェアリング寸法の
問題であって、打ち上げ時の振動に耐える強度、剛性を
確保しようとすると、口径の増大につれて構造重量が急
激に増加し、またロケットに積み込める構造物の寸法は
ロケットのフェアリング寸法の制限を受けるということ
である。

【０００４】ところで、この二つの問題は、打ち上げ時
は小さく折り畳み、軌道上でアンテナに内蔵した機構に
よって自動的に最終形状に展開する展開構造とすること
によって同時に解決できる。

【０００５】展開構造としてはいろいろな方式が提案さ
れているが、開口径が１０ｍを越えるものには、対象と
する周波数にもよるが一般にメッシュ面展開型が適して
いる。これはメッシュ材でアンテナ反射鏡面を形成する
もので、メッシュ材を保持する構造の一つに展開トラス
構造があり、三角錐、立方体等を基本構成要素としてい
る。

【０００６】図９は従来の展開トラス構造の基本構成要
素を示す図であって、その（ｃ１）および（ｃ２）に示
すように、中央にヒンジ１ａを有する３本の上面部材１
が順次スパイダージョイント２によって連結され三角形
を形成するようにしてあり、上記各スパイダージョイン
ト２には、一端が他のスパイダージョイント３に装着さ
れた斜部材４の他端が連結されている。

【０００７】しかして、収納時には（ａ１）及び（ａ
２）に示すように折曲げられた上面部材１及び斜部材４
を収束しておき、展開時にはその収束状態を解き、ヒン
ジ１ａ或はスパイダージョイント２，３部分に装着され
たバネ（図示せず）の弾性エネルギによって上面部材１
を展開して直線状にし、図９（ｃ１），（ｃ２）に示す
状態とする。なお、図９（ｂ１），（ｂ２）は展開途中
の状態を示す。

【０００８】したがって、このような基本要素を図１０
に示すように多数組み合わせることによってアンテナバ
ックストラクチュアトラスを形成することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように構
成された装置にあっては、上面部材のヒンジ或はスパイ
ダージョイント部に装着されたバネによる弾性エネルギ
によって展開させるため、バネの非線形性や各々のバネ
のばらつき等の影響を受け、或る部分が早く展開してし
まったり、或はある部分の展開が遅れてしまい、いびつ
な形状をとりながら展開が行なわれる場合がある。この
ような周りの部分と整合のとれない部材には予想外の力
が働らき、場合によってはロックが起こり、それ以上展
開ができないことがある。

【００１０】また、従来の展開トラス構造でアンテナ反
射鏡面のバックストラクチュアを形成するとき、その基
本となるトラス構成を多数組み合わせて構成するが、こ
の基本トラスの周期性に起因してグレーティングローブ
が発生し、これが周囲に対する大きな妨害電波となる等
の問題もある。

【００１１】本発明はこのような点に鑑み、軽量かつ剛
性が高く、スムーズに展開運動ができ、かつ任意の展開
面を形成できる展開構造物を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、中央部にヒン
ジを有し展開時に直線状になる複数の折曲げ部材の両端
を、それぞれ基端が一つの頂部材に枢着された複数本の
レバーの先端部に枢着して、この折曲げ部材によって多
角形の閉構造を形成し、各折曲げ部材のヒンジ部と頂部
材間を伸縮部材によって連結し、その伸縮部材の少なく
とも一つに伸縮部材を軸方向に伸縮させる駆動装置を設
けたことを特徴とする。

【００１３】また、第２の発明は、さらに各レバー及び
伸縮部材の頂部材への枢着部における中心線を結ぶ線
が、折曲げ部材によって形成される多角形と相似形にな
るようにしてあることを特徴とする。

【００１４】

【作用】伸縮部材を収縮させると、各折曲げ部材が中央
部のヒンジ部で２つに折曲げられ、これによって各レバ
ーが頂部材との枢着点を中心として揺動し、各レバー及
び折曲げ部材が１つの棒状に収束される。そこで、伸縮
部材を駆動装置によって伸長させると、折曲げ部材が押
し拡げられ、それぞれ直線状になった折曲げ部材で多角
形の閉構造が形成され展開状態となる。

【００１５】また、各レバー及び伸縮部材の頂部材への
枢着部における中心線を結ぶ線が、折曲げ部材によって
形成される多角形と相似形としてあることによって、そ
の収束時には全長において同じ大きさの断面形状とな
る。

【００１６】

【実施例】以下図１乃至図８を参照して本発明の実施例
について説明する。

【００１７】図１は、展開トラス構造を形成するための
基本構成要素の一つである正四面体展開構造物の斜視図
であって、図中符号１０ａ，１０ｂ，１０ｃはそれぞれ
中央部にヒンジ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有し展開時に
直線状になる同一長さの折曲げ部材であって、この折曲
げ部材１０ａ及び１０ｂの一端はレバー１２ａの先端に
枢着されており、折曲げ部材１０ｂの他端及び折曲げ部
材１０ｃの一端はレバー１２ｂの先端に枢着されてい
る。また上記折曲げ部材１０ａの他端及び折曲げ部材１
０ｃの他端はそれぞれレバー１２ｃの先端に枢着されて
おり、各折曲げ部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃが対応する
レバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃの先端部を介して順次連
結され三角形の閉構造を形成するようにしてある。

【００１８】上記各レバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃの基
端部はともに一つの頂部材１３に枢着してあり、折曲げ
部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃが直線状になっている場合
すなわち展開時には上記３本のレバー１２ａ，１２ｂ，
１２ｃ及び３本の折曲げ部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃに
よって三角錐を形成するようにしてある。

【００１９】一方、折曲げ部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃ
の各ヒンジ１１ａ，１１ｂ，１１ｃには、軸線方向に伸
縮可能な伸縮部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃの先端がそれ
ぞれ連結されており、その伸縮部材１４ａ，１４ｂ，１
４ｃの基端部は前記頂部材１３に枢着されている。

【００２０】上記伸縮部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃはそ
れぞれ筒状部材とその筒状部材内をスライドする棒状部
材とからなっており、その伸縮部材１４ａ，１４ｂ，１
４ｃの少なくとも１本には、この伸縮部材を軸方向に伸
長或は伸縮駆動する駆動装置が設けられている。

【００２１】図３はその駆動装置を有する伸縮部材部を
示す一部断面図、図４は頂部材の平面図であり、各レバ
ー１２ａ，１２ｂ，１２ｃの基端部が三角形状の頂部材
１３の隅角部に放射方向にそれぞれ揺動可能に枢着され
ており、三角形状の頂部材１３の各辺部中央には伸縮部
材１４ａ，１４ｂ，１４ｃの基端部が放射方向にそれぞ
れ揺動可能に枢着されている。すなわち、各レバー１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ及び各伸縮部材１４ａ，１４ｂ，１
４ｃの頂部材１３への枢着部の中心を結ぶ線が、折曲げ
部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって形成される三角形
の展開面と相似形になるようにしてある。

【００２２】伸縮部材１４ａは基端が上記頂部材１３に
枢着された筒状部材１５を有し、その筒状部材１５内に
図示しない外部からの信号を受けてこの伸縮部材を軸方
向に伸長或は伸縮駆動するアクチュエータ１６が内蔵さ
れている。このアクチュエータ１６の回転軸１７にはカ
ップリング１８を介してボールネジ軸１９が連結されて
おり、このボールネジ軸１９が、一端部を折曲げ部材１
０ａのヒンジ１１ａに枢着された第２の筒状部材２０に
挿入され、その第２の筒状部材２０に固設された雌ネジ
２１に螺合されている。

【００２３】一方、各レバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃの
先端には内方に突出する突起部２２が突設してあり、こ
の突起部２２に各折曲げ部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃの
端部が枢着されている。

【００２４】次にこの展開構造物の展開動作について説
明する。まずこの四面体展開構造物は図２（Ａ）或いは
図３に示すように折り畳まれており、この折り畳まれた
状態では伸縮部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃが収縮されて
おり、各折曲げ部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃがヒンジ１
１ａ，１１ｂ，１１ｃ部分で折曲げられ、各レバー１２
ａ，１２ｂ，１２ｃとともに束状に収納されている。

【００２５】そこで伸縮部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃの
少なくとも１本の伸縮部材１４ａに内蔵されているアク
チュエータ１６に外部から駆動信号を送り、アクチュエ
ータ１６を駆動すると、そのアクチュエータ１６によっ
て回転軸１７及びカップリング１８を介してボールネジ
軸１９が回転される。したがって、このボールネジ軸１
９に螺合している雌ネジ２１を介して第２の筒状部材２
０が軸方向に移動し、伸縮部材１４ａが伸長し始め、こ
れに伴なってヒンジ１１ａが押し下げられ、折曲げ部材
１０ａが拡げられ、この折曲げ部材１０ａの動きに伴な
ってレバー１２ａ，１２ｃが外側に押し拡げられ、同時
に折曲げ部材１０ｂ，１０ｃも拡げられ、レバー１０ｂ
も外側に押し広げられる（図２（Ｂ）参照）。

【００２６】このようにして伸縮部材１４ａ，１４ｂ，
１４ｃが伸長して各折曲げ部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃ
が真直になると図１に示す状態となり、各折曲げ部材１
０ａ，１０ｂ，１０ｃ及びレバー１２ａ，１２ｂ，１２
ｃとによって正四面体が形成され、展開状態となる。そ
して、この展開状態では、三角形の面を構成している真
直となった折曲げ部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃがそれぞ
れ３本の部材によって支持され、剛性の高い展開構造物
となる。

【００２７】以上は最も基本的な構成である正四面体展
開構造物について説明したが、五面体、六面体等の展開
構造物も同様にして構成することができる。

【００２８】すなわち、図５は五面体展開構造物を示す
展開状態の図であり、４本の折曲げ部材１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ，１０ｄと４本のレバー１２ａ，１２ｂ，１
２ｃ，１２ｄ及び４本の伸縮部材１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄによって第１実施例と同様にして展開構造物
を構成することができる。なお、図６、図７はその展開
作動状態を示す図である。

【００２９】また、上記両実施例は展開トラス構造を構
成する基本構成要素を示すものであり、これらを複数個
組み合わせることができ、この場合組み合わせる個数と
その配置構成によって任意の展開形状を形成することが
できる。

【００３０】すなわち、図８は複数の形状が異なる展開
構造物によって展開トラス構造を形成した一例を示す図
であり、１個の六角形の展開面３０を有するものと、６
個の四角形及び三角形の展開面４０，５０を有するもの
とを組み合わせたものである。このように任意の多角形
をランダムに配設することにより、基本構成の周期性に
起因して発生するグレーティングローブの発生を防止で
きる。

【００３１】また、上記実施例では伸縮部材のアクチュ
エータとしてモータを使用することができ、この場合モ
ータを逆回転させることによって展開状態から自動的に
折り畳むことも可能であり、また完全に展開せずに展開
の途中で駆動を止め、その状態を保持することもでき
る。さらにアクチュエータとしてはバネ等を用いてもよ
い。

【００３２】なお、本発明の展開構造物は上述したアン
テナのバックストラクチュアにのみならず、屋外テント
の骨組構造など多岐の分野にわたって利用することがで
きる。

【００３３】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、軽
量でコンパクトに折り畳めるとともに、この折り畳んだ
状態からスムーズに展開することができ、かつ剛性の高
い展開物を構成することができ、また折り畳み−展開を
容易に行なうことができる。また、基本となる展開形状
を三角形、四角形、五角形、六角形等任意に構成するこ
とができるため、基本構成を複数個組み合わせて所望の
形状を構成することができる。特に、例えば宇宙用の大
口径アンテナのアンテナ鏡面バックストラクチュアを構
成する場合、従来のように一つの基本構成を組み合わす
のではなく、任意の多角形をランダムに配して構成する
ことができ、基本構成の周期性に起因して発生するグレ
ーティングローブの発生を防止することができ、妨害電
波を発生することのない高性能な大口径展開アンテナを
得ることができる。また組み合わせ方によっては部分的
に剛性の異なる大規模展開構造物を構成でき、もっとも
効率的な部材構成をもつ展開構造物を得ることができ
る。さらに各レバー及び伸縮部材への枢着部における中
心線を結ぶ線が、折曲げ部材によって形成される展開面
と相似形になるようにした場合には、その収束時には軸
線方向の各断面形状を同一にすることができ、その外形
をコンパクトなものとすることができる。また、アクチ
ュエータとしてモータを使用したものにおいては、複数
個の展開構造物を組み合わせた場合にアクチュエータを
同期して作動させることができ、一部の展開に遅れが生
ずるようなこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の展開構造物の一実施例を示す概念構造
図。

【図２】図１に示す展開構造物の展開作動状態説明図
で、（Ａ）は収束状態、（Ｂ）は展開作動の途中の状態
を示す図。

【図３】収束状態の展開構造物を示す一部断面拡大図。

【図４】頂部材の平面図。

【図５】本発明の他の実施例の概念構造図。

【図６】図５に示す展開構造物の展開状態説明図。

【図７】図５に示す展開構造物の展開状態説明図。

【図８】複数の展開構造物を組み合わせてなる展開構造
物の一例を示す図。

【図９】従来の展開構造物の概念構造図であり、（ａ
１），（ｂ１），（ｃ１）は展開作動を説明する平面
図、（ａ２），（ｂ２），（ｃ２）はその側面図。

【図１０】図９の展開構造物を複数組み合わせた図。

【符号の説明】

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 折曲げ部材 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ ヒンジ １２ａ，１２ｂ，１２ｃ レバー １３ 頂部材 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ 伸縮部材 １５ 筒状部材 １６ アクチュエータ １９ ボールネジ軸 ２０ 第２の筒状部材 ２１ 雌ネジ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基端が一つの頂部材に枢着された複数本の
   レバーと、各レバーの先端部に枢着され各レバーの先端
   部間を連結し多角形の閉構造を形成する、中央部にヒン
   ジを有し展開時に直線状になる複数の折曲げ部材と、上
   記各折曲げ部材の上記ヒンジ部に一端が連結され、他端
   が上記頂部材に枢着された伸縮部材と、その伸縮部材の
   少なくとも一つに設けられ、伸縮部材を軸方向に伸縮さ
   せる駆動装置とを有することを特徴とする展開構造物。
2. 【請求項２】各レバー及び伸縮部材の頂部材への枢着部
   における中心線を結ぶ線が、折曲げ部材によって形成さ
   れる多角形と相似形になるようにしてあることを特徴と
   する、請求項１記載の展開構造物。